618 mm 50 0 m m 6 mm
Hình 8-7 Sơ đồ tính tơn kĩt nước
F2 = F3 + F4 (8-48)
F4 - diện tích cânh tản nhiệt tiếp xúc với khơng khí. - Tính F3:
F3 = F3’ –F3’’ (8-49)
F3’- Diện tích mặt ngoăi của ống nước.
F3’ = P1.h.n. (8-50)
P1 - chu vi tiết diện ngoăi của ống.
P1 = 2.c + π.2 = 2.18 + 3,14.2 = 42,28 (mm). h - chiều dăi lăm việc của ống.
h = 500 (mm).
F3’ = P1.h.n = 42,28.500.78 =2283120 (mm2) F3’ = 2,28312 (m2)
F3’’- Diện tích mặt ngoăi ống tiếp xúc với cânh tản nhiệt.
F3’’ = P1.n. δ’.m (8-51)
δ’ - Độ dăy cânh tản nhiệt. Theo thông số thực tế δ’ = 0,2 (mm). m - Số lớp của 1 cânh tản nhiệt, m = 390.
F3’’ = P1.n. δ’.m = 42,28.78.0,2.390 = 257231 (mm2). F3’’ = 0.257(m2)
Vậy F3 = F3’– F3’’ =2,28312 – 0,257 = 2,03 (m2) - Tính F4:
F4 = m.b’.l.i.k (8-52)
k - số cânh tản nhiệt. Đo đạc thực tế ta có: k = 77. b’ - bề rộng cânh tản nhiệt. Thực tế xe b’= 6.
l - chiều dăi cânh tản nhiệt.Tính theo bề dăy của kĩt l = B = 20 (mm). i – số bề mặt tiếp xúc khơng khí của cânh tản nhiệt. i = 2.
F4= m.b’.l.i.k = 390.6.20.2.77 = 7989700 (mm2). Hay F4 = 8 (m2).
Vậy diện tích kĩt nước tiếp xúc với khơng khí lă: F2 = F3 + F4 = 2,03 + 8= 10,03 (m2).
8.6.2. Xâc định lượng nhiệt của kĩt lăm mât truyền ra mơi trường bín ngoăi
+ Việc xâc định nhiệt lượng do kĩt lăm mât truyền ra môi trường nhằm kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của kĩt nước thông qua câc thông số thực tế của kĩt nước.
+ Xâc định kích thước của câc mặt tản nhiệt dựa trín cơ sở lý thuyết truyền nhiệt. + Quâ trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu lă tiếp xúc đối lưu, còn truyền nhiệt bức xạ rất bĩ không đâng kể, kĩt nước một mặt tiếp xúc với nước nóng từ động cơ đi văo, mặt kia tiếp xúc với khơng khí. Do đó, truyền nhiệt từ nước ra ngoăi khơng khí lă sự truyền nhiệt từ môi chất năy đến môi chất khâc qua thănh mỏng. Như vậy, q trình truyền nhiệt trong hệ thống có thể phđn ra thănh ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt, Theo [2] tập 3 có như sau:
+ Giai đoạn một: truyền nhiệt từ nước nóng đến thănh ống bín trong.
Q’lm = α1.F1.(tn - tδ1). (J / s) (8-53)
+ Giai đoạn hai- truyền nhiệt từ bề mặt trong thănh ống ra ngoăi thănh ống.
Q’lm = .F1.(tδ1 – tδ2) ( J/s) (8-54)
+ Giai đoạn ba- truyền nhiệt từ mặt ngoăi của thănh ống ra ngoăi khơng khí.
Q’lm = α2.F2.(tδ2 - tδkk) ( J/s) (8-55)
Giải câc phương trình (8-53), (8-54), (8-55) ta được: Q’lm = = k.F2.(tn - tkk); (8-56) Trong đó: k – hệ số truyền nhiệt của kĩt.
k = (8-57)
Trong đó:
Q’lm - Nhiệt lượng truyền cho nước lăm mât bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua kĩt nước lăm mât - bộ tản nhiệt. ( J / s)
F1 - Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1 = 2,03 (m2).
F2 - Diện tích kĩt nước tiếp xúc với khơng khí. F2 = 10,03 (m2).
λ – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu lăm ống tản nhiệt. Ống tản nhiệt lăm bằng nhôm Theo [2] tập 3 trang 261, ta được: λ = 100 (W/ m2.độ).
δ - Chiều dăy thănh ống. Theo số liệu thực tế, ta có δ = 0,2.10-3 (m). tδ1 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong của thănh ống.
tδ2 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt ngoăi của thănh ống.
- Hệ số tản nhiệt từ nước lăm mât đến thănh ống của kĩt lăm mât. (W/ m2.độ). Việc xâc định hệ số tản nhiệt từ nước α1 rất phức tạp vă khó chính xâc.
Xâc định 1 như sau: Theo [3] trang 99, ta có:
Từ: Nu = (8-58)
Từ phương trình (8-58) ta có: α1 = Trong đó:
λ1 - hệ số dẫn nhiệt của nước lăm mât trong kĩt ứng với nhiệt độ tn = 830C. Theo [3] trang 224 có λ1 = 6740 (W/m. độ)
l* - chiều cao lăm việc tổng câc ống (m)
l*= n.h = 78. 500 = 39000 (mm) = 39 (m).
Nu - tiíu chuẩn Nusself. Từ [3] trang 99, ta có hệ số tỏa nhiệt đối lưu.
Nu = 0,33 (8-59).
Trong đó:
Re– tiíu chuẩn Reynolds. Từ [3] trang 99, ta có:
Re = (8-60)
- tốc độ dòng chảy trong ống, (m/s) = = = 0,65 (m/s)
l - chiều cao lăm việc ống, (m). l = 500 (mm).
- độ nhớt động học, (m2/s). Theo [3] trang 224, ta có: = 0,365.10-6 (m2/s) ở 830C.
Do đó: Re = = 898437
Re = 898437 > 2320. Dòng chảy trong ống lă dịng chảy rối. Pr – tiíu chuẩn Prandtl, Theo [3] trang 224, ta có: Pr = 2,21 Do đó: Nu = 0,33 = 0,33. = 407,43
Vậy α1= = = 70412 (W/m2. độ)
α2 - Hệ số tản nhiệt từ thănh ống của kĩt lăm mât văo khơng khí; (W/ m2.độ). Hệ số năy phụ thuộc chủ yếu văo tốc độ lưu động của khơng khí ωkk. Khi thay đổi ωkk từ 5 ÷ 60
m/s thì hệ số α2 thay đổi đồng biến từ 40,6 ÷ 303 (W/ m2. độ).
Bín cạnh đó tốc độ lưu động của khơng khí ωkk phụ thuộc văo tốc độ của xe vxe vă tốc độ hút khơng khí của quạt gió (đối với loại quạt khảo sât vận tốc gió do quạt tạo ra theo chiều hướng trục vht = Cm = 25,25 m/s).
Khi ta tính tơn thiết kế hay tính tơn kiểm nghiệm hệ thống lăm mât ta thường tính ở chế độ công suất cực đại của động cơ
Do động cơ đặt ở phía trước xe, nín vận tốc khơng khí lưu động qua kĩt cịn phụ thuộc văo tốc độ của xe.Vì vậy, ta có thể chọn tốc độ lưu động của khơng khí ωkk bằng vht của quạt gió.
ωkk = vht = 25,25 (m/s). Theo [2] tập 3 trang 216, ta có:
α2 = 11,38.ωkk0,8 (W/ m2. độ) (8-61)
thay ωkk = 25,25(m/s).
α2 = 11,38. 25,250,8 = 150,63 (W/ m2. độ). Vậy hệ số truyền nhiệt của kĩt.
k =
k = 165 (W/ m2. độ).
tn - Nhiệt độ trung bình của nước lăm mât trong kĩt lăm mât.
tn = (8-62)
Trong đó, tnv, tnr lần lượt lă nhiệt độ nước văo vă ra của kĩt nước có thể lấy bằng nhiệt độ nước ra vă nước văo động cơ. Theo [1] trang 216, ta có:
tn = 80 ÷ 850C.
tkk - Nhiệt độ trung bình của khơng khí đi qua bộ tản nhiệt.
Trong đó, nhiệt độ khơng khí văo (tkkv) phía trước bộ tản nhiệt ta lấy tkkv= 400C. Chính lệch nhiệt độ của khơng khí khi qua bộ tản nhiệt = 20 ÷ 300C.
Chọn = 250C.
Với tkkr = tkkv + (8-64)
tkkr= 40 + 25 = 65 (0C); tkk = = = 52,5 (0C).
Mặt khâc, khả năng tản nhiệt của kĩt lăm mât Q’lm tỉ lệ thuận với nhiệt độ trung bình tn của nước lăm mât trong kĩt.
Do đó, khi ta kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của kĩt lăm mât ta lấy giâ trị cận biín trâi của tn (tức lă lấy giâ trị giới hạn nhỏ nhất của thơng số đó) để tính Q’lm.
Chọn tn = 830C.
Nếu như, Q’lm nhận được có giâ trị lớn hơn Qlm nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước lăm mât thì kĩt tản nhiệt đảm bảo khả năng tản nhiệt cho nước lăm mât.
Thay câc giâ trị của câc thông số k, tn, tkk, F2 văo công thức (8-58). Ta được:
Q’lm = 165.10,3.(83 – 52,5) = 51392 (J/s). + NHẬN XĨT:
Nhiệt lượng tối đa tỏa ra cho nước lăm mât của động cơ ở số vòng quay định mức lă: Qlm = 46195 (J/s).
Trong khi đó khả năng tản nhiệt của kĩt lăm mât tối thiểu ra mơi trường bín ngoăi lă: Q’lm = 51392(J /s).
Vậy kĩt lăm mât năy có thừa khả năng đảm bảo lăm mât cho động cơ khi động cơ hoạt động ở số vòng quay định mức. Điều năy cho chúng ta biết sự thừa khả năng năy đảm bảo cho động cơ được lăm mât tốt ở mọi chế độ lăm việc của động cơ.